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Magnetofección

La magnetofección es un método de transfección que utiliza campos magnéticos para concentrar partículas que contienen vectores en las células diana del cuerpo. [1] La magnetofección se ha adaptado a una variedad de vectores, incluidos los ácidos nucleicos , los sistemas de transfección no virales y los virus . Este método ofrece ventajas como una alta eficiencia de transfección y biocompatibilidad que se equilibran con limitaciones.

Mecanismo

Principio

El término magnetofección, actualmente registrado por la empresa OZ Biosciences, combina las palabras magnético y transfección. [2] La magnetofección utiliza ácidos nucleicos asociados a nanopartículas magnéticas . Estos complejos moleculares se concentran y se transportan a las células mediante la aplicación de un campo magnético .

Síntesis

Las nanopartículas magnéticas suelen estar hechas de óxido de hierro , que es totalmente biodegradable, utilizando métodos como la coprecipitación o la microemulsión . [3] [4]

Las nanopartículas se combinan luego con vectores genéticos ( ADN , ARNi , ODN , virus , etc.). Un método implica unir partículas virales a partículas magnéticas utilizando una interacción avidina - biotina . [5] Los virus también pueden unirse a las nanopartículas mediante interacción hidrofóbica . [6]

Otro método de síntesis consiste en recubrir nanopartículas magnéticas con lípidos o polímeros catiónicos mediante agregación inducida por sal. Por ejemplo, las nanopartículas pueden conjugarse con polietilenimina (PEI) , un polímero con carga positiva que se utiliza habitualmente como agente de transfección. [7] La ​​solución de PEI debe tener un pH alto durante la síntesis para fomentar una alta expresión génica. [8] Las nanopartículas con carga positiva pueden asociarse entonces con ácidos nucleicos con carga negativa mediante interacción electrostática . [9]

El proceso de magnetofección. El imán concentra nanopartículas con vectores genéticos en las células para su transfección.

Captación celular

Las partículas magnéticas cargadas con vectores se concentran en las células diana por la influencia de un campo magnético externo. Las células absorben entonces material genético de forma natural mediante endocitosis y pinocitosis . En consecuencia, la arquitectura y la estructura de la membrana permanecen intactas, a diferencia de otros métodos de transfección física como la electroporación o las pistolas génicas que dañan la membrana celular. [10]

Los ácidos nucleicos se liberan luego al citoplasma mediante diferentes mecanismos dependiendo de la formulación utilizada:

  1. El efecto esponja de protones causado por polímeros catiónicos recubiertos sobre las nanopartículas que promueven la hinchazón osmótica del endosoma , la ruptura de la membrana del endosoma y la liberación intracelular de la forma ADN.
  2. la desestabilización del endosoma por lípidos catiónicos recubiertos sobre las partículas que liberan el ácido nucleico en las células por inversión de los lípidos negativos de las células y neutralización de la carga y
  3. El mecanismo de infección viral.

La magnetofección funciona con células que no se están dividiendo o que se dividen lentamente, lo que significa que los materiales genéticos pueden llegar al núcleo celular sin división celular . [11]

Aplicaciones

La magnetofección se ha probado en una amplia gama de líneas celulares , células primarias y difíciles de transfectar. [12] Se han desarrollado varias formulaciones de nanopartículas magnéticas optimizadas y eficientes específicamente para varios tipos de aplicaciones, como ADN, ARNi y transfección de neuronas primarias, así como aplicaciones virales. [13]

La investigación sobre magnetofección se encuentra actualmente en la etapa preclínica. Esta técnica se ha probado principalmente in vivo utilizando ADN plasmídico en modelos de ratón, rata y conejo para aplicaciones en el hipocampo, tumores subcutáneos, pulmones, médula espinal y músculos. [14]

Células madre neurales creciendo en cultivo.

Algunas aplicaciones incluyen:

Ventajas

La magnetofección intenta unir las ventajas de los métodos de transfección bioquímicos ( lípidos o polímeros catiónicos) y físicos ( electroporación , pistola de genes ). Permite la administración local con alta eficiencia de transfección, tiempo de incubación más rápido y biocompatibilidad. [19]

Eficiencia de la transfección

El acoplamiento de nanopartículas magnéticas a vectores genéticos da como resultado un aumento de cientos de veces en la captación de estos vectores en una escala de tiempo de minutos, lo que conduce a una alta eficiencia de transfección. [20] Los complejos de vectores genéticos y nanopartículas magnéticas se transfectan en células después de 10 a 15 minutos, lo que es más rápido que las 2 a 4 horas que requieren otros métodos de transfección. [21] Después de 24, 48 o 72 horas, la mayoría de las partículas se localizan en el citoplasma , en vacuolas (membranas que rodean la estructura dentro de las células) y ocasionalmente en el núcleo celular . [22]

Biocompatibilidad

Las nanopartículas magnéticas no se agregan fácilmente una vez que se retira el imán y, por lo tanto, es poco probable que bloqueen los capilares o provoquen trombosis . [23] Además, el óxido de hierro es biodegradable y el hierro se puede reutilizar en las vías del metabolismo de la hemoglobina o del hierro. [24] [25]

Desventajas

Variabilidad de partículas

La síntesis de nanopartículas magnéticas puede dar lugar a una amplia gama de partículas de diferentes tamaños. [26] El tamaño de las partículas puede influir en su utilidad. En concreto, las nanopartículas de tamaño inferior a 10 nm o superior a 200 nm tienden a eliminarse del organismo con mayor rapidez. [27]

Localización in vivo

Si bien se pueden utilizar imanes para localizar nanopartículas magnéticas en las células deseadas, este mecanismo puede ser difícil de mantener en la práctica. Las nanopartículas se pueden concentrar en un espacio 2D, como en una placa de cultivo o en la superficie del cuerpo, pero puede ser más difícil localizarlas en el espacio 3D del cuerpo. La magnetofección no funciona bien en órganos o vasos sanguíneos alejados de la superficie del cuerpo, ya que el campo magnético se debilita a medida que aumenta la distancia. [28] [29] Además, el usuario debe considerar la frecuencia y el momento de aplicación del campo magnético, ya que las partículas no necesariamente permanecerán en la ubicación deseada una vez que se retira el imán. [30]

Citotoxicidad

Si bien el óxido de hierro utilizado para fabricar nanopartículas es biodegradable, la toxicidad de las nanopartículas magnéticas aún se encuentra bajo investigación. Algunas investigaciones no han encontrado signos de daño a las células, mientras que otras afirman que las nanopartículas pequeñas (< 2 nm) pueden difundirse a través de las membranas celulares y alterar los orgánulos. [31] [32]

Además, concentraciones muy altas de óxido de hierro pueden alterar la homeostasis y provocar una sobrecarga de hierro , que puede dañar o alterar el ADN, afectar las respuestas celulares y matar células. [33] Las lisosomas también pueden digerir las nanopartículas y liberar hierro libre que puede reaccionar con el peróxido de hidrógeno para formar radicales libres, lo que provoca efectos citotóxicos, mutagénicos y cancerígenos. [34]

Referencias

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Lectura adicional

Véase también